一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控方法及系统与流程

本发明涉及热固性复合材料成型智能控制，尤其涉及一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控方法及系统。

背景技术：

1、熔芯中空成型是制造复杂中空热固性塑料制件的重要工艺，其过程包括：将热固性树脂注入含有可熔芯材的模腔，经加热使树脂固化，同时芯材熔化并排出。该工艺的关键在于温度控制——前期需保证树脂充分充模，后期需快速升温至固化温度并实现芯材熔化。然而，对于变截面异形管件，不同区域的壁厚差异显著，导致充模完成时间、固化进程及芯材熔化进程呈现出明显的空间异质性。现有技术中，温控切换策略通常采用全局预设时间或单一温度阈值进行统一调控，无法根据各区域的实际工艺进程差异进行自适应调整。这容易引发薄壁段过固化、厚壁段未充满或芯材残留的质量缺陷。此外，树脂固化放热与芯材熔化吸热之间存在动态热竞争关系，而现有系统普遍缺乏对这一热竞争状态的有效感知与协调控制能力，难以实现各区域工艺进程的同步匹配与能量平衡。

2、因此亟需研发一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控方法及系统，以解决变截面异形管件在熔芯中空成型过程中因空间热竞争效应导致的工艺不同步、能量分配失衡及成型质量不稳定的问题，实现工艺进程的智能感知、协调切换与自适应优化。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中因变截面异形中空管件熔芯成型过程中两阶段温控切换空间不同步而导致固化不均匀、芯材排出不彻底的缺点，本发明提供了一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控方法及系统。

2、技术方案：一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控方法，包括以下步骤：

3、s1：通过传感节点实时采集变截面管件区域的热竞争动态数据和空间异质性数据；

4、s2：根据所述热竞争动态数据和空间异质性数据建立工艺进程坐标，再基于所述工艺进程坐标、热竞争动态数据和空间异质性数据提取区域熔芯特征；

5、s3：基于所述工艺进程坐标计算工艺同步度指数，并根据所述区域熔芯特征构建热竞争场势；

6、s4：基于所述区域熔芯特征与工艺同步度指数确定级联切换时序锚点，根据所述工艺同步度指数、热竞争场势以及级联切换时序锚点进行区域级联切换决策；

7、s5：采集脱模后各区域的残余形变数据，根据所述残余形变数据优化工艺参数。

8、优选地，所述通过传感节点实时采集变截面管件区域的热竞争动态数据和空间异质性数据，包括：所述热竞争动态数据包含热固性树脂密度、树脂固化反应热、芯材密度、芯材融化潜热、树脂固化度和芯材融化体积分数；所述空间异质性数据包含溶体流动前沿到达时刻、模腔压力和芯材融化膨胀压力；同步采集传感器数据。

9、优选地，所述根据所述热竞争动态数据和空间异质性数据建立工艺进程坐标，再基于所述工艺进程坐标、热竞争动态数据和空间异质性数据提取区域熔芯特征，包括：根据所述传感器数据定义传感器节点位置，再定义充模激活函数、固化激活函数以及熔芯激活函数；根据所述充模激活函数获得充模进程分量；根据所述固化激活函数与树脂固化度获得固化进程分量；根据所述充熔芯激活函数与芯材融化体积分数获得熔芯进程分量；基于子进程分量计算基础工艺进程坐标，再引入耦合修正获得最终的工艺进程坐标；所述区域熔芯特征包含热竞争梯度、充模凝胶裕度、芯材熔化滞后度以及区域能量失配率。

10、优选地，所述区域熔芯特征包含热竞争梯度、充模凝胶裕度、芯材熔化滞后度以及区域能量失配率，包括：所述热竞争梯度中热竞争比，其中为固化放热功率，通过热固性树脂密度与树脂固化反应热获得；为芯材吸热功率，通过芯材密度与芯材融化潜热获得；所述充模凝胶裕度通过溶体流动前沿到达时刻与到达树脂固化度时的凝胶时间获得；所述芯材熔化滞后度基于工艺进程坐标通过获取，其中为起算的某一时间点；为芯材融化速率；为树脂固化速率；为固化促进因子；为熔化促进因子；为灵敏度系数；为极小正数；所述区域能量失配率根据固化放热功率与芯材吸热功率通过获取。

11、优选地，所述基于所述工艺进程坐标计算工艺同步度指数，包括：当区域熔芯特征中充模凝胶裕度大于安全裕度时，区域工艺进程由第一状态转入第二状态；对于第二状态根据所述传感器数据定义个传感区域，将各传感区域的工艺进程坐标视为时间序列；对于任意区域和区域，对其时间序列和采用动态时间规整计算成对距离；根据所述成对距离构建同步矩阵，对所述同步矩阵进行特征值分解，并将获取的特征值进行降序排列得到；根据所述特征值计算工艺同步度指数：。

12、优选地，所述并根据所述区域熔芯特征构建热竞争场势，包括：根据所述芯材熔化滞后度以及区域能量失配率定义热竞争源强度，通过获取，其中为芯材熔化滞后度的绝对值；为符号函数；为滞后度放大系数；根据所述热竞争源强度建立泊松方程，再采用有限元法离散，基于传感器节点位置生成网格，组装刚度矩阵并求解泊松方程离散后的线性方程组获得热竞争场势、热竞争场势梯度以及热补偿功率分配量。

13、优选地，所述基于所述区域熔芯特征与工艺同步度指数确定级联切换时序锚点，包括：对于每个传感区域，根据溶体流动前沿到达时刻与凝胶时间计算允许切换时间区间，其中为最小响应时间；为凝胶安全余量时间；根据热竞争梯度的方向以及级联系数确定最优切换时刻；根据所述最优切换时刻构造偏好函数；将所有区域的偏好函数叠加得到全局密度，并获得其最大值点；根据所述工艺同步度指数与最优切换时刻、最大值点计算级联切换时序锚点。

14、优选地，所述根据所述工艺同步度指数、热竞争场势以及级联切换时序锚点进行区域级联切换决策，包括：根据所述工艺同步度指数选择切换模式来获取区域切换时刻；若工艺同步度指数大于全局统一阈值，则采用全局统一切换模式；若工艺同步度指数小于全局统一阈值，则采用区域级联切换模式；完成模式切换后，区域工艺进程由第二状态转入第三状态；对于第三状态实时计算能量适配率直接补偿量；根据所述能量适配率直接补偿量与热补偿功率分配量获取总输出功率。

15、优选地，所述采集脱模后各区域的残余形变数据，根据所述残余形变数据优化工艺参数，包括：所述残余形变数据包含芯材残留率和形变量；所述工艺参数包含安全裕度和级联系数；根据当前批次的残余形变数据与区域切换时刻来反演每个区域的最优切换时刻，并计算切换时机误差以及热竞争梯度与变形量的皮尔逊相关系数，再采用贝叶斯更新规则通过切换时机误差和皮尔逊相关系数修正安全裕度和级联系数，将更新后的参数用于下一生产批次。

16、优选地，所述一种面向热固成型工艺优化的智能生产调控系统，包括：

17、分布式传感采集模块，通过传感节点实时采集变截面管件区域的热竞争动态数据和空间异质性数据；

18、工艺坐标特征提取模块，根据所述热竞争动态数据和空间异质性数据建立工艺进程坐标，再基于所述工艺进程坐标、热竞争动态数据和空间异质性数据提取区域熔芯特征；

19、工艺重组同步分析模块，基于所述工艺进程坐标计算工艺同步度指数，并根据所述区域熔芯特征构建热竞争场势；

20、级联决策平衡补偿模块，基于所述区域熔芯特征与工艺同步度指数确定级联切换时序锚点，根据所述工艺同步度指数、热竞争场势以及级联切换时序锚点进行区域级联切换决策；

21、后质量反演自学习模块，采集脱模后各区域的残余形变数据，根据所述残余形变数据优化工艺参数。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过构建工艺进程坐标，将充模、固化、熔芯三个子过程的进度统一量化，有效解决了变截面管件各区域时间参考点不一致的问题；利用热竞争梯度和充模-凝胶裕度指导级联切换，使薄壁段提前进入固化阶段并利用其固化放热辅助厚壁段升温，从而消除了薄壁过固化、厚壁未充满的矛盾；基于能量失配率的热补偿控制直接以固化-熔芯热平衡为目标，避免了传统温度控制中常见的温度过冲与振荡现象；同时，后质量反演自学习单元仅需少量生产批次即可自适应优化控制参数，特别适合小批量、多品种的热固成型生产。综上，本发明显著提升了变截面异形中空管件熔芯成型过程中固化均匀性与芯材排出彻底性，实现了工艺进程的智能协调与稳定控制。